徐佳敏，王帥麗，穆心愿，趙 霞，唐保軍，夏來(lái)坤，趙亞麗，劉天學(xué)

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450046；2. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/河南省玉米綠色精準(zhǔn)生產(chǎn)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002）

秸稈是重要的生物質(zhì)資源，含有豐富的有機(jī)質(zhì)及植物生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀及微量元素[1]。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸稈資源量巨大[2]。2013—2017年我國(guó)糧食主要生產(chǎn)區(qū)小麥、水稻和玉米秸稈年均產(chǎn)量分別達(dá)到1.7 億、2.3 億、3.9 億t，秸稈中的氮養(yǎng)分資源量分別達(dá)到108 萬(wàn)、209 萬(wàn)、356 萬(wàn)t[3]。秸稈直接還田能夠改善土壤微生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)土壤酶活性[4]，提高土壤養(yǎng)分含量、培肥地力[5-6]，促進(jìn)植株生長(zhǎng)、增加作物產(chǎn)量[7-8]。但不科學(xué)的秸稈還田措施會(huì)影響作物的出苗率，造成秸稈腐熟耗氮與麥苗爭(zhēng)氮形成弱苗，加重作物各種病蟲害的發(fā)生，影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[9-10]。因此，積極探究秸稈腐解相關(guān)影響機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)秸稈資源的全量無(wú)害化還田及秸稈還田技術(shù)的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)秸稈資源的綠色、健康高效利用及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

秸稈還田作為秸稈資源最直接有效的利用方式，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中已被廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)期定位秸稈還田試驗(yàn)的研究結(jié)果顯示，秸稈還田可以提高土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分元素含量[11]、降低土壤容重和改善土壤結(jié)構(gòu)[12-13]。有研究表明，農(nóng)作物秸稈直接還田可以顯著改變土壤細(xì)菌群落[14]，增加微生物數(shù)量[15]。趙亞麗等[16]的研究表明，秸稈還田有益于土壤微生物數(shù)量、酶活性和作物產(chǎn)量的提高。楊竣皓等[17]定量分析了全國(guó)范圍內(nèi)秸稈還田對(duì)3 種糧食作物的產(chǎn)量效應(yīng)后發(fā)現(xiàn)，與秸稈不還田相比，秸稈還田后明顯提高了3種作物的糧食產(chǎn)量，而且隨著還田時(shí)間的延長(zhǎng)，秸稈還田引發(fā)的增產(chǎn)效果會(huì)不斷增加[18]。另外，秸稈還田還可通過(guò)增加小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，提高小麥產(chǎn)量[19]。秸稈還田作為直接的秸稈利用方式，其還田效果與還田方式、耕作方式、秸稈類型、土壤類型、腐解狀況、環(huán)境狀況等多種因素有關(guān)。雖然秸稈還田在提高土壤養(yǎng)分、增加作物產(chǎn)量方面發(fā)揮重要作用，但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，例如由于不合理的還田方式、不科學(xué)的還田量等引起還田后秸稈腐解慢、利用率低、產(chǎn)生有害物質(zhì)、引起病蟲草害等問(wèn)題[20-22]。植物生長(zhǎng)環(huán)境中存在各種微生物，附著在植物的表面和內(nèi)部，被稱為植物微生物組/群[23-24]。有研究發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)部有相當(dāng)豐富的微生物群落定殖，主要包括真菌和細(xì)菌[25-27]。研究表明，這些生長(zhǎng)在植物表面或內(nèi)部的微生物在植物生長(zhǎng)和抗病中起著重要作用[24，28]，但這些微生物隨秸稈還田后對(duì)土壤、作物及微生物的具體影響尚不明確。目前，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈還田技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外關(guān)于秸稈還田的研究主要集中在秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤微生物多樣性及下茬農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響，而秸稈還田過(guò)程中攜帶的微生物（以下簡(jiǎn)稱秸稈附著的微生物）與土壤理化性狀及作物生長(zhǎng)發(fā)育之間關(guān)系研究的報(bào)道還較少，秸稈附著的微生物是否影響秸稈還田的效果有待進(jìn)一步探討。因此，通過(guò)設(shè)置秸稈滅菌還田與直接還田處理來(lái)探究秸稈附著的微生物對(duì)土壤養(yǎng)分、冬小麥生長(zhǎng)狀況及根際微生物多樣性的影響，為實(shí)現(xiàn)秸稈還田技術(shù)的優(yōu)化以及后續(xù)秸稈腐解相關(guān)影響機(jī)制的研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2018 年在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開發(fā)基地（河南省原陽(yáng)縣，東經(jīng)113°42′、北緯35°01′，海拔63.40 m）的自動(dòng)遮雨棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)所在地為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，當(dāng)?shù)胤N植制度以冬小麥—夏玉米一年兩熟制為主。試驗(yàn)土壤類型為潮土，0～20 cm 耕層土壤含有機(jī)質(zhì)14.46 g/kg、堿解氮42.00 mg/kg、有效磷34.10 mg/kg、速效鉀252.55 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽法進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置秸稈不還田（SR0）、秸稈滅菌還田（SRD）和秸稈直接還田（SR）3 個(gè)處理。每個(gè)處理設(shè)置10 盆，共計(jì)30 盆。盆規(guī)格：直徑30 cm、高40 cm。土壤取自大田0～20 cm 耕層，土壤容重按1.30 g/cm3計(jì)算，每盆體積是28 260 cm3，每盆干土質(zhì)量為36.74 kg，盆上口橫截面面積為706.5 cm2。玉米秸稈來(lái)自取土地塊，于玉米收獲后割取距地表30 cm 以上植株部位，不與土壤接觸，立即帶回實(shí)驗(yàn)室，在無(wú)菌環(huán)境下切割成2～5 cm 段備用。秸稈滅菌處理采用高溫高壓蒸汽滅菌法，利用高壓蒸汽滅菌鍋滅菌（121 ℃，30 min）3 次，連續(xù)滅菌3 d。秸稈還田量按7 500 kg/hm2（干質(zhì)量）計(jì)算，每盆秸稈用量為50 g（干質(zhì)量）。模擬田間情況，將玉米秸稈與盆內(nèi)0～20 cm 耕層土壤混勻。每盆加氮肥（NH4NO3）、磷肥（KH2PO4）、鉀肥（KCl）各1 g 作底肥施入。供試小麥品種為鄭麥7698，每盆播種20粒。根據(jù)土壤墑情，用無(wú)菌水澆灌，試驗(yàn)各處理其他栽培管理措施同一般大田管理方式。于2017 年10月20日播種，2018年5月30日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品采集與分析 于2017 年試驗(yàn)處理前取3 份基礎(chǔ)土樣，于2018 年5 月12 日每個(gè)處理隨機(jī)選3 盆，取5～15 cm 土層土樣。將各處理各取樣點(diǎn)的土壤分別充分混合均勻，室內(nèi)自然風(fēng)干，進(jìn)行土壤養(yǎng)分測(cè)定。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用火焰光度法測(cè)定[29]。

1.3.2 植株指標(biāo)測(cè)定 于2018 年5 月30 日小麥成熟期，每個(gè)處理選取3盆，測(cè)定并記錄株高、分蘗數(shù)、單株干物質(zhì)量（于烘箱中105 ℃殺青30 min 后，80 ℃烘干至恒質(zhì)量）、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量。

1.3.3 根際土壤微生物多樣性測(cè)定 于2018 年5月12 日，每個(gè)處理選取3 盆，小心拔除小麥植株，挖取根系，抖落根際土，裝入10 mL 離心管中，立即投入液氮中帶回實(shí)驗(yàn)室，放入-80 ℃超低溫冰箱內(nèi)保存，用于微生物多樣性測(cè)定。根際土壤樣品總DNA 提取、PCR 擴(kuò)增及序列測(cè)定均委托北京百邁客生物科技有限公司完成。具體操作：每個(gè)土壤樣品取0.5 g，依照PowerSoil?DNA Isolation kit 試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行土壤微生物基因組DNA 提取。以提取的DNA為擴(kuò)增模板，使用細(xì)菌16S rRNA基因（V3+V4）區(qū)域引物338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）擴(kuò)增。PCR 反應(yīng)體系為50 μL，PCR 反應(yīng)條件：95 ℃預(yù)變性5 min；95 ℃變性60 s，50 ℃退火60 s，72 ℃延伸60 s，15 個(gè)循環(huán)；72 ℃終止延伸7 min。獲得擴(kuò)增產(chǎn)物后進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)、純化，然后對(duì)測(cè)序文庫(kù)進(jìn)行定量和均一化。對(duì)構(gòu)建好的文庫(kù)首先進(jìn)行文庫(kù)質(zhì)檢，質(zhì)檢合格后使用Illumina Hiseq 2500高通量測(cè)序平臺(tái)（北京百邁客生物科技有限公司）測(cè)序。

1.4 數(shù)據(jù)處理

首先使用Trimmomatic（version 0.33）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢過(guò)濾，然后使用Cutadapt（version 1.9.1）進(jìn)行引物序列的識(shí)別與去除，其后使用FLASH（version 1.2.7）對(duì)雙端reads 進(jìn)行拼接并去除嵌合體（UCHIME，version 4.2），最終得到高質(zhì)量序列用于后續(xù)分析。應(yīng)用Qiime軟件在97%相似水平下對(duì)得到的高質(zhì)量序列進(jìn)行OTU（Operational taxonomic units）聚類和注釋，然后對(duì)不同處理根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行分析。從每個(gè)樣本測(cè)序得到的所有序列中隨機(jī)抽樣，統(tǒng)計(jì)這些序列所代表的OTU 數(shù)，用抽到的序列數(shù)與其對(duì)應(yīng)的物種數(shù)目來(lái)構(gòu)建每個(gè)樣本的稀釋曲線，用于檢驗(yàn)測(cè)序數(shù)據(jù)量是否足夠反映樣品中的物種多樣性以及物種的豐富度。根據(jù)樣本的OTU 豐度表，使用Mothur 軟件對(duì)α 多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分別在門、綱分類水平下分析微生物群落結(jié)構(gòu)及物種豐度差異。最后應(yīng)用R（vegan）軟件繪制 PCoA（Principal coordinate analysis）圖，在屬的水平上對(duì)各處理土壤細(xì)菌群落的多樣性基于Bray-Gurtis 距離的非限制性進(jìn)行主坐標(biāo)（PCoA）分析；繪制RDA（Redundancy analysis）圖，在門的水平上對(duì)各處理土壤細(xì)菌群落與環(huán)境因子進(jìn)行冗余分析（RDA分析）。采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)；用SPSS 25.0軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）和處理間差異顯著性檢驗(yàn)（Duncan’s）；用Excel 2010和SigmaPlot 14軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈不同還田處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

如圖1 所示，秸稈滅菌或直接還田均提高了土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，但增加幅度有差異；秸稈直接還田可顯著提高土壤有效磷和速效鉀含量，而秸稈滅菌還田卻降低了土壤有效磷和速效鉀含量。與SR0相比，SRD和SR處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了7.29%和12.41%，堿解氮含量分別顯著增加9.46%和12.13%（圖1A、B），且SRD 與SR 處理間差異均不顯著。與SR0相比，SR 處理土壤有效磷和速效鉀含量分別顯著提高9.50%和12.82%，SRD 處理則分別降低14.40%和5.13%（圖1C、D），且SRD 與SR處理間差異均顯著。

圖1 秸稈不同還田處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的影響Fig.1 Effect of different straw returning treatments on soil organic matter，alkaline nitrogen，available phosphorus and available potassium contents

2.2 秸稈不同還田處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量形成的影響

2.2.1 秸稈不同還田處理冬小麥株高、分蘗數(shù)和單株干物質(zhì)量 如圖2 所示，秸稈滅菌或直接還田均提高了小麥株高、分蘗數(shù)和單株干物質(zhì)量，且秸稈直接還田處理的增加幅度高于秸稈滅菌還田處理。與SR0 處理相比，SRD 處理的小麥株高、分蘗數(shù)和單株干物質(zhì)量分別提高18.72%、28.21%和52.81%；SR處理的小麥株高、分蘗數(shù)和單株干物質(zhì)量則分別顯著提高36.60%、46.79%和141.57%。

圖2 秸稈不同還田處理對(duì)小麥成熟期株高、分蘗數(shù)和單株干物質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of different straw returning treatments on plant height，tillering number and dry matter accumulation per plant of wheat at maturity stage

2.2.2 秸稈不同還田處理冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 如表1 所示，秸稈滅菌或直接還田均提高了小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素，且秸稈直接還田處理的有效穗數(shù)和產(chǎn)量增加幅度高于秸稈滅菌還田處理，而每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量增加幅度則低于秸稈滅菌還田處理。與SR0 相比，SRD 處理的小麥有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量分別增加28.25%、42.88%、3.45%和91.80%；SR處理的小麥有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量分別增加46.76%、37.35%、0.03%和102.01%。

表1 秸稈不同還田處理對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.1 Effect of different straw returning treatments on wheat yield and yield components

2.3 秸稈不同還田處理對(duì)小麥根際微生物多樣性的影響

2.3.1 秸稈不同還田處理根際土壤樣本細(xì)菌OTU稀釋曲線分析 如圖3 所示，9 個(gè)樣本測(cè)序共獲得

圖3 97%相似水平下秸稈不同還田處理的稀釋性曲線Fig.3 Rarefaction curves of soil samples with different straw returning treatments on the condition of 97%similarity

451 351 條有效序列，平均50 150 條。3 個(gè)處理樣本平均覆蓋率均高于99%，隨著樣品序列的逐漸增加，各個(gè)樣本根際微生物細(xì)菌種類的稀釋曲線趨于平緩。說(shuō)明該測(cè)序深度達(dá)到飽和階段，測(cè)序數(shù)據(jù)量基本覆蓋樣本中的所有物種，可以反映樣本中的物種豐度。

2.3.2 秸稈不同還田處理根際土壤細(xì)菌α多樣性分析 根據(jù)測(cè)序分析結(jié)果得到的物種注釋信息，應(yīng)用Alpha 多樣性分析反映秸稈不同還田處理冬小麥根際土壤微生物群落豐富度（Chao 指數(shù)、Ace 指數(shù)）和多樣性（Shannon指數(shù)）。如表2所示，各樣品測(cè)序覆蓋率均在99%以上，在97%相似水平下，SR0、SRD、SR 處理所含細(xì)菌OTU 數(shù)分別為1 718、1 763、1 783個(gè)，處理間差異不顯著。其中，SR 處理OTU 數(shù)最多，說(shuō)明SR 處理的小麥根際土壤微生物類群最豐富。SR 和SRD 處理的Ace、Chao、Shannon 指數(shù)均大于對(duì)照SR0處理，總體趨勢(shì)為SR＞SRD＞SR0，且不同處理間差異不顯著。由此表明，SR處理的小麥根際土壤微生物群落多樣性和豐富度最高，SR0 處理的土壤微生物群落多樣性和豐富度最低。秸稈不同還田處理均增加了小麥根際土壤細(xì)菌群落多樣性，但增加幅度與秸稈是否帶菌還田有關(guān)。

表2 秸稈不同還田處理土壤細(xì)菌豐富度和多樣性指數(shù)分析Tab.2 Analysis of soil bacterial richness and diversity index under different straw treatments

2.3.3 秸稈不同還田處理根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析 所有處理共檢測(cè)到細(xì)菌類群1 878 個(gè)OTU，隸屬于23 門81 綱128 目223 科373 屬。其中，在門水平上相對(duì)豐度位于前十的土壤細(xì)菌群落組成如圖4 所示。3 個(gè)處理土壤樣品細(xì)菌菌群在門的層次下，所含物種種類相似。變形菌門（Proteobacteria）、酸 桿 菌 門（Acidobacteria） 、放 線 菌 門（Actinobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、綠彎菌門（Chloroflexi）是小麥根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌門，占所有細(xì)菌群落總數(shù)的90%以上。3個(gè)處理細(xì)菌相對(duì)豐度最高的均為變形菌門，在SR、SRD 和SR0 處理中的相對(duì)豐度分別為36.09%、35.90%和40.60%。與SR0 處理相比，SR 和SRD 處理中酸桿菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門、綠彎菌門相對(duì)豐度均增加，而放線菌門的相對(duì)豐度則分別下降22.95%、17.96%。此外，與SR 相比，SRD 處理中變形菌門、酸桿菌門、芽單胞菌門的相對(duì)豐度分別下降0.53%、17.51%、8.50%。以上結(jié)果表明，秸稈不同處理還田后，根際土壤中各個(gè)優(yōu)勢(shì)菌門的相對(duì)豐度均出現(xiàn)不同程度的變化。

圖4 秸稈不同還田處理在門水平的細(xì)菌群落相對(duì)豐度Fig.4 Relative abundance of soil bacterial communities on phylum level of different straw returning treatments

所有處理檢測(cè)到的細(xì)菌分屬于81個(gè)綱，在綱水平上相對(duì)豐度位于前十的土壤細(xì)菌群落組成見圖5。α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）、Subgroup_6、放線 菌 綱（Actinobacteria）、γ - 變 形 菌 綱（Gammaproteobacteria） 、 鞘 脂 桿 菌 綱（Sphingobacteriia）是小麥根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌綱。3 個(gè)處理中α-變形菌綱相對(duì)豐度最高，在SR、SRD 和SR0 中分別為16.95%、16.61%、21.73%。與SR0 處理相比，SR 和SRD 處理的Subgroup_6 細(xì)菌相對(duì)豐度分別增加41.07%、14.00%，放線菌綱細(xì)菌相對(duì)豐度分別下降了39.22%、32.44%。與SR 處理相比，SRD 處理的γ-變形菌綱、鞘脂桿菌綱分別增加13.96%、25.61%。此外，SRD 處理中隸屬于變形菌門的β-變形菌綱（Betaproteobacteria）和δ-變形菌綱（Dehaproteobacteria）的細(xì)菌相對(duì)豐度均低于SR處理。

圖5 秸稈不同還田處理在綱水平的細(xì)菌群落相對(duì)豐度Fig.5 Relative abundance of soil bacterial communities on class level of different straw returning treatments

2.3.4 秸稈不同還田處理根際土壤細(xì)菌群落組成的PCoA 分析 如圖6 所示，PCoA 分析結(jié)果表明，主成分1和主成分2分別占47.11%和14.27%。3個(gè)處理的9 個(gè)小麥根際土壤樣本細(xì)菌群落可以分為3組（SR0、SRD 和SR），說(shuō)明3 個(gè)處理的根際細(xì)菌群落組成存在差異。SRD 與SR、SR0 處理在第2 軸上明顯分開，說(shuō)明秸稈滅菌還田對(duì)根際微生物群落組成會(huì)產(chǎn)生一定影響；SR、SRD處理與SR0處理在第1主軸上明顯分開，說(shuō)明秸稈還田對(duì)根際微生物群落組成具有重要影響。

圖6 秸稈不同還田處理土壤樣品細(xì)菌群落PCoA分析Fig.6 Principal coordinate analysis of bacteried community in soil samples of different straw returning treatments

2.3.5 秸稈不同還田處理根際土壤細(xì)菌群落組成與環(huán)境因子的RDA 分析 利用土壤理化性質(zhì)與根際土壤豐度前十的細(xì)菌門進(jìn)行RDA 分析，前2 個(gè)排序軸共解釋42.79%細(xì)菌群落變化（圖7）。圖中箭頭分別代表不同環(huán)境因子、微生物物種，物種與環(huán)境因子之間箭頭的夾角表示物種與環(huán)境因子間的相關(guān)性。通過(guò)角度的大小可以判斷不同指標(biāo)間的正負(fù)相關(guān)性（銳角表示正相關(guān)、鈍角表示負(fù)相關(guān)、直角表示無(wú)相關(guān)性）。RDA 分析結(jié)果表明，堿解氮（AN）含量與土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、速效鉀（AK）含量呈正相關(guān)；變形菌門豐度與SOM、AN 含量呈負(fù)相關(guān)，與有效磷（AP）含量呈正相關(guān)；酸桿菌門、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）、芽單胞菌門的豐度與SOM、AN、AP、AK 含量均呈正相關(guān)；放線菌門和單糖菌門（Saccharibacteria）與SOM、AN、AP、AK含量均呈負(fù)相關(guān)；擬桿菌門和疣微菌門（Verrucomicrobia）與AP、AK 含量呈負(fù)相關(guān)；綠彎菌門和浮霉菌門（Planctomycetes）與SOM、AN 含量呈正相關(guān)，與AP、AK 含量呈負(fù)相關(guān)。上述結(jié)果表明，SOM、AN、AP 和AK 是影響細(xì)菌群落變化的關(guān)鍵土壤環(huán)境因子。環(huán)境因子的箭頭與原點(diǎn)的連線長(zhǎng)度代表著某個(gè)環(huán)境因子對(duì)樣本群落結(jié)構(gòu)組成影響程度的大小，連線越長(zhǎng)，說(shuō)明該環(huán)境因子對(duì)樣本的群落結(jié)構(gòu)組成影響程度越大。從箭頭的長(zhǎng)度來(lái)看，環(huán)境因子AN 和SOM 對(duì)樣本的群落結(jié)構(gòu)組成影響較大。

圖7 秸稈不同還田處理土壤環(huán)境因子與細(xì)菌門水平的RDA分析Fig.7 Redundancy analysis of soil environmental factors and bacterial phylum level of different straw returning treatments

3 結(jié)論與討論

秸稈作為植物有機(jī)殘?bào)w，含有豐富的有機(jī)質(zhì)和作物生長(zhǎng)所需要的大量元素和微量元素。秸稈還田后養(yǎng)分轉(zhuǎn)化是指在微生物的作用下進(jìn)行礦質(zhì)化和腐殖質(zhì)化。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈直接還田后土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量均顯著提高，說(shuō)明農(nóng)作物秸稈還田能夠有效增加土壤養(yǎng)分含量，這與前人研究結(jié)果一致[30-33]。秸稈滅菌還田后土壤中有效磷和速效鉀的含量顯著低于秸稈直接還田處理，可能是由于秸稈預(yù)處理方式影響了秸稈腐解狀況，進(jìn)而造成部分養(yǎng)分元素延遲釋放所致，這與張珺穜等[34]的研究結(jié)果相似。另外，還田秸稈的腐解狀況受土壤理化性狀及自身結(jié)構(gòu)組成等多種因素的影響[35]，并且秸稈的腐解與秸稈上附著及秸稈內(nèi)部的微生物也有關(guān)系[36]。因此，秸稈滅菌后還田對(duì)秸稈腐解過(guò)程及養(yǎng)分元素釋放的影響還有待進(jìn)一步研究。

大量研究表明，與秸稈不還田相比，秸稈還田顯著提高了農(nóng)作物產(chǎn)量[17]。秸稈還田能夠改善土壤理化性質(zhì)，提升土壤基礎(chǔ)肥力，為下茬作物產(chǎn)量的增加奠定基礎(chǔ)[37]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田顯著提高小麥的株高，無(wú)論秸稈滅菌與否，其還田后小麥的分蘗數(shù)、單株干物質(zhì)量、小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素明顯增加，這與前人研究結(jié)果一致[38-39]。另外，SRD 處理的增產(chǎn)效應(yīng)低于SR 處理，可能是由于秸稈滅菌還田影響了秸稈腐解，延遲個(gè)別元素的釋放從而導(dǎo)致土壤肥力不足，進(jìn)而影響下茬作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

土壤微生物作為衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，其對(duì)土壤的生態(tài)功能具有重要的維持作用[40]，同時(shí)也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力水平的重要指標(biāo)[41]。農(nóng)田秸稈直接還田后對(duì)土壤微生物群落會(huì)產(chǎn)生一定的影響，秸稈還田能夠顯著改變土壤細(xì)菌群落[14]。本研究結(jié)果表明，秸稈不同還田處理小麥根際土壤微生物多樣性和豐富度均有所增加，與胡蓉等[42]的研究結(jié)果相似。在門水平下，3 個(gè)處理根際土壤樣品細(xì)菌菌群所含物種相似。其中，變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門、綠彎菌門是供試根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌門，并且變形菌門的相對(duì)豐度最高，這與前人研究結(jié)果相似[43-44]。在綱分類水平下，α-變形菌綱物種數(shù)量最多，其次為Subgroup_6，這與前人研究結(jié)果一致[45]。其中，Subgroup_6、β-變形菌綱、Blastocatellia 的細(xì)菌相對(duì)豐度在秸稈還田后明顯增加，這可能是由于秸稈中含有豐富的有機(jī)物，還田后給土壤中的微生物提供了充足的碳源和能源，促進(jìn)了土壤菌群的增殖，從而提高了土壤微生物數(shù)量[15，46]。SR 處理中α-變形菌綱、Subgroup_6、β變形菌綱、Blastocatellia、δ-變形菌綱的細(xì)菌相對(duì)豐度均高于SRD，可能是由于滅菌引起了秸稈內(nèi)部或表面微生物的變化，最終引起了土壤細(xì)菌群落的不同響應(yīng)。PCoA 分析表明，秸稈還田是引起根際微生物群落變化的重要影響因素，與CHEN 等[14]的研究結(jié)果相似。本研究RDA 分析結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮是引起小麥根際土壤微生物群落變化的主要土壤環(huán)境因素。

綜上所述，秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分含量、冬小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成和小麥根際土壤細(xì)菌群落多樣性的影響與秸稈附著的微生物有關(guān)。秸稈還田可提高土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，其中，秸稈直接還田的提高幅度高于秸稈滅菌還田；秸稈直接還田處理提高了土壤有效磷和速效鉀含量，而秸稈滅菌還田處理的土壤有效磷和速效鉀含量則呈降低趨勢(shì)。秸稈還田增加了小麥根際土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性，改變了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。其中，秸稈直接還田的細(xì)菌群落豐富度和多樣性最高。秸稈還田促進(jìn)了冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育，提高了小麥株高、分蘗數(shù)、單株干物質(zhì)量、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。其中，以秸稈直接還田處理增加幅度最高。秸稈附著的微生物參與了秸稈還田后土壤養(yǎng)分循環(huán)，影響冬小麥根際微生物群落組成，進(jìn)而影響冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成。因此，農(nóng)作物秸稈直接還田仍然是目前最有效、環(huán)保的還田方式。